CN1823523A

CN1823523A - 投影设备、倾斜角获取方法以及投影图像校正方法

Info

Publication number: CN1823523A
Application number: CNA2004800202934A
Authority: CN
Inventors: 井上秀昭
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: US20050012907A1; WO2005006073A2; TWI278714B; KR100835759B1; KR20060031685A; TW200517761A; JP2005039558A; CN1823523B; EP1645119A2; WO2005006073A3; US7131732B2; JP4155890B2

Abstract

在本发明所应用的投影仪中，距离传感器(21)测量投影仪和屏幕(31)上的多个点之间的距离。角度计算单元(23)根据表示通过距离传感器(21)所测量的测量结果的多个距离数据来获取表示屏幕表面的公式，以及获取屏幕(3)相对于投影光的光轴的倾斜角θ_V和θ_H。角度计算单元(23)将获取的倾斜角θ_V和θ_H提供给梯形校正单元(12)。梯形校正单元(12)通过使用提供的倾斜角θ_V和θ_H来执行梯形校正。

Description

投影设备、倾斜角获取方法以及投影图像校正方法

技术领域

本发明涉及投影设备、用于获取投影仪的倾斜角的方法以及用于校正投影图像的方法。

背景技术

投影仪是用于将图像显示在屏幕上的设备。它将光投向屏幕上，并且将图像显示在屏幕上。

当投影仪相对于地平面没有倾斜以及屏幕垂直于地平面竖放时，图像无失真地显示在屏幕上。

但是，如果投影仪相对于地平面倾斜，则在屏幕上的图像发生失真。为了防止这个，一些传统的投影仪在里面具有加速度传感器。该加速度传感器检测投影仪相对于地平面的倾斜角。投影仪根据检测的倾斜角执行梯形校正。例如，在未审日本专利申请公开No.2001-339671的第3页和图1公开了这种投影仪。

但是，实际上，屏幕未必垂直于地平面。

因此，为了确定梯形校正的校正量，不仅需要投影仪相对于地平面的倾斜角，而且需要投影仪相对于与屏幕垂直的轴的倾斜角。如果可以测量这些倾斜角，则可以执行梯形校正。

传统的投影仪按照这种方式将图像的失真轮廓校正到校正轮廓。

但是，传统的投影仪具有以下问题。

首先，正如以上所述，图像梯形校正所需要的倾斜角是投影仪相对于地平面的倾斜角，以及投影仪相对于与屏幕垂直的轴的倾斜角。因此，即使检测到投影仪相对于地平面的倾斜角，但是如果不能准确地测量投影仪相对于屏幕的倾斜角或者测量结果不能提供给投影仪，则不能准确地执行梯形校正。

其次，采用加速度传感器的传统投影仪忽略了屏幕在平行于地平面的方向上相对于投影仪的倾斜角。实际上，可以是屏幕在水平方向上相对于投影仪的倾斜角。加速度传感器不能检测屏幕相对于投影光的光轴的倾斜角。因此，采用加速度传感器的传统投影仪不能根据屏幕在水平方向上相对于投影仪的倾斜角来执行梯形校正。

在此并入上述说明的文献的公开内容。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够准确地校正将要显示在屏幕上的投影图像的投影设备，用于获取投影仪的倾斜角的方法，以及用于校正图像失真的方法。

本发明的一个优选实施例是一种投影设备，包括：

距离测量单元(21)，用于测量其自身与屏幕(31)上的多个测量点之间的距离，并且输出表示测量结果的多个距离数据；

角度获取单元(23)，用于通过使用从所述距离测量单元(21)输出的所述多个距离数据来获取屏幕公式，其中所述屏幕公式表示从所述投影设备(1)投影的投影光的光轴与所述屏幕(31)之间的位置关系，所述投影光投影到所述屏幕(31)上，以及通过使用所述获取的屏幕公式来获取所述光轴相对于所述屏幕(31)的表面的倾斜角；

校正单元(12)，用于通过使用所述角度获取单元(23)获取的所述光轴相对于所述屏幕的所述表面的所述倾斜角，来校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的投影图像的失真；以及

投影单元(13)，用于将所述校正单元(12)校正的所述投影图像转换为投影光，以及将所述投影图像投影在所述屏幕(31)的所述表面上。

本发明的另一个优选实施例是一种投影设备，包括：

多个距离测量单元(21A、21B)，它们每一个测量它们自身与位于屏幕(31)上的彼此相交的多条测量线的每一条上的多个测量点之间的距离，并且每一个输出表示测量结果的多个距离数据；

角度获取单元(23)，用于通过使用分别从所述多个距离测量单元(21A、21B)输出的所述多个距离数据，获取所述多条测量线相对于与从所述投影设备(1)投影的投影光的光轴垂直的表面的倾斜角，以及通过使用所述多个获取的倾斜角，获取所述光轴相对于所述屏幕(31)的表面的倾斜角；

本发明的另一个实施例是一种倾斜角获取方法，用于获取投影设备(1)相对于屏幕(31)的表面的倾斜角，该方法包括：

测量步骤：测量所述投影设备(1)与所述屏幕(31)上的多个测量点之间的距离；

屏幕公式获取步骤：通过使用表示在所述测量步骤中的所述测量结果的所述多个距离数据，获取屏幕公式，其中所述屏幕公式表示从所述投影设备(1)投影的投影光的光轴与所述屏幕(31)的所述表面之间的位置关系，所述投影光投影到所述屏幕的所述表面上，以及

倾斜角获取步骤：通过使用所述获取的屏幕公式，获取所述屏幕(31)的所述表面相对于所述光轴的倾斜角。

测量步骤：测量所述投影设备(1)与位于所述屏幕(31)上的彼此相交的多条测量线的每一条上的多个测量点之间的距离；

角度获取步骤：获取在垂直于所述投影设备(1)的光轴的理想屏幕表面与所述多条测量线的每一条之间形成的角度；以及

角度翻译步骤：将在所述角度获取步骤中获取的每一个角度翻译成所述投影设备(1)的所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的倾斜角。

本发明的另一个实施例是一种投影图像校正方法，用于校正投影图像的失真，包括：

测量步骤：测量预定参考点与屏幕(31)上的多个测量点之间的距离；

屏幕公式获取步骤：通过使用表示在所述测量步骤中的测量结果的多个距离数据，获取屏幕公式，所述屏幕公式表示将要投影到所述屏幕(31)上的投影光的光轴与所述屏幕(31)之间的位置关系；

倾斜角获取步骤：通过使用所述获取的屏幕公式，获取所述光轴相对于所述屏幕(31)的表面的倾斜角；以及

校正步骤：通过使用在所述倾斜角获取步骤获取的所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的所述倾斜角，校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的投影图像的失真。

测量步骤：测量所述投影设备(1)与位于所述屏幕(31)上彼此相交的多条测量线的每一条上的多个测量点之间的距离；

角度获取步骤：获取在与所述投影设备(1)的光轴垂直的理想屏幕表面和所述多条测量线的每一条之间形成的角度；

角度翻译步骤：将在所述角度获取步骤获取的每个角度翻译成所述投影设备(1)的所述光轴相对于所述屏幕(31)的表面的倾斜角；以及

校正步骤：通过使用所述投影设备(1)的所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的所述倾斜角，校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的投影图像的失真，其中所述倾斜角是通过在所述角度翻译步骤的翻译所获取的。

本发明所应用的投影仪可以准确地执行聚焦在屏幕上的投影图像的校正。

附图说明

通过阅读以下详细描述和附图，本发明的这些目的和其它目的以及优点将变得更加明显，其中：

图1是显示根据本发明的第一实施例的投影仪的结构的方框图；

图2是显示图1中所示的角度计算单元的结构的方框图；

图3是显示投影仪的坐标系的示意图；

图4是显示投影仪围绕图3所示的坐标系中的x轴旋转的状态的示意图；

图5是显示投影仪在围绕图3所示的坐标系中的x轴旋转之后围绕y轴旋转的状态的示意图；

图6是用于解释用于获取屏幕相对于光轴的倾斜角的方法的示意图；

图7是用于解释图6所示的倾斜角与屏幕上的图像之间的位置关系的示意图；

图8是显示设置在屏幕上的坐标系的示意图；

图9是显示屏幕围绕图8所示的坐标系中的y轴旋转的状态的示意图；

图10是显示投影仪在围绕图8所示的坐标系中的y轴旋转之后围绕x轴旋转的状态的示意图；

图11是用于解释用于根据距离数据获取测量点的坐标的方法的示意图；

图12A到图12C是显示图1所示的梯形校正单元和光调制单元的操作的示意图；

图13示出了显示根据本发明的第二实施例的投影仪中包括的距离传感器的配置，以及具体地显示了投影仪的正面(左图)和投影仪的侧面(右图)；

图14是显示构成根据第二实施例的投影仪的角度计算单元的结构的方框图；以及

图15是用于解释通过图14所示的角度计算单元所执行的计算方法的示意图，该计算方法用于根据一个距离传感器所测量的表示距离的两个距离数据计算角度。

具体实施方式

参考附图，将解释根据本发明实施例的投影仪。

(第一实施例)

图1示出了根据本发明第一实施例的投影仪的结构。

根据第一实施例的投影仪1包括定标装置11、梯形校正单元12、光调制单元13、投影透镜14、光学机构15和屏幕角度传感器16。

定标装置11调整图像信号的分辨率。

梯形校正单元12对具有定标装置11校正的分辨率的图形信号执行梯形校正。

梯形校正单元12根据从屏幕角度传感器16提供的屏幕31的表面的倾斜角θ_V和θ_H，设置在投影在屏幕31上的前校正投影图像内的后校正投影图像的位置和形状。然后，梯形校正单元12通过投影地变换图像信号来在时间上连续地执行梯形校正。倾斜角θ_V表示屏幕31在垂直方向上相对于投影光的光轴的倾斜角，以及θ_H表示屏幕31在垂直方向上相对于投影光的光轴的倾斜角。

梯形校正单元12根据用于将倾斜角θ_V和θ_H翻译成校正投影图像的校正量的翻译表，获取用于校正投影图像的校正量。然后，梯形校正单元12输出校正之后的图像信号。在使用翻译表的情况下，图形校正单元12具有用于存储预先产生的翻译表的存储器。替换地，梯形校正单元12可以被构成为在每次提供倾斜角θ_V和θ_H时，使用表示屏幕平面的公式来执行梯形校正。为了产生翻译表，(1)根据倾斜角θ_V和θ_H和变焦放大率，获取校正之前的四边形的形状：(2)在校正之前的四边形内定义校正之后获取的四边形，以及获取校正之后获取的四边形的坐标；(3)通过坐标逆变换，根据校正之后获取的四边形的坐标，获取校正之前的四边形的坐标，由此确定变换的方式；以及(4)从逆变换获取的坐标中导出电路参数(该参数被提前导出，并且被存储在存储其中作为翻译表)。在没有使用变换表的情况下，根据需要，通过执行(1)到(4)的处理，实现相同的校正操作。

光调制单元13将从梯形校正单元12输出的校正之后的图像信号转换为投影光。例如，透射型或者反射型液晶板或者数字微镜器件(DMD)被用作光调制单元13。

投影透镜14将通过光调制单元13从后校正图像信号转换而来的图像显示在屏幕13上。

光学机构15根据由屏幕角度传感器16检测的θ_V和θ_H来控制投影图像14的焦距等等。在投影仪1是变焦机构的情况下，光学机构15也执行变焦控制，以及将关于变焦放大率的信息提供给梯形校正单元12。投影仪1的变焦放大率是一个值，该值是通过投影距离与投影图像的大小的比率乘以常数获取的(变焦放大率∝投影图像的宽度÷投影距离＝2×tan(半视角))。

如果变焦放大率可以变化的可变焦范围是宽的，则根据变焦放大率的梯形校正的校正量的变化是大的，不能忽略。因此，梯形校正单元12还通过使用从光学机构15提供的变焦放大率来执行梯形校正。

但是，在投影仪没有包括变焦机构或者投影仪1包括变焦机构但是可变焦范围是窄的情况下，梯形校正单元12通过将变焦放大倍数看作常数来执行梯形校正。

屏幕角度传感器16检测屏幕31的表面相对于由投影仪1投影的光的光轴的倾斜角θ_V和θ_H。屏幕角度传感器16包括距离传感器21、控制单元22和角度计算单元23。

距离传感器21测量投影仪1和屏幕31上的多个测量点之间的距离。距离传感器21输出表示测量结果的距离数据。如果距离传感器21可以测量投影仪1和屏幕31上的至少三个测量点之间的距离就足够了。距离传感器21可以是有源型的距离传感器或者可以是无源型的距离传感器。

控制单元22控制距离传感器21，以测量投影仪1和屏幕31上的多个点的距离。为了测量距离，控制单元22将红外光斑(在有源型的情况下)或者预定的图像图案(在无源型的情况下)投影到屏幕31上。

角度计算单元23根据由距离传感器21测量的表示投影仪1和屏幕31上的多个测量点之间距离的距离数据，计算屏幕31的倾斜角θ_V和θ_H。角度计算单元23例如由数字信号处理器(DSP)或者计算机构成。如图2所示，角度计算单元23包括屏幕公式计算单元24和倾斜角计算单元25。

屏幕公式计算单元24根据关于多个测量点的距离数据导出表示屏幕31的屏幕平面的公式。倾斜角计算单元25通过使用由屏幕公式计算单元24导出的表示屏幕平面的公式，计算屏幕31的倾斜角θ_V和θ_H。

这里，给出坐标系原点被设置在投影仪1的中心和坐标系原点倍设置在屏幕31的表面上的每中情况下的倾斜角θ_V和θ_H的解释。坐标系是由x、y和z轴组成的三维正交坐标系。

首先，将解释图3所示的坐标系原点被设置在投影仪1的中心的情况。如果屏幕31垂直于z轴并且平行于x轴和y轴，则它处于位置z＝d(d＞0)。绘制图3到图7，使得投影透镜14的入射光孔的位置与坐标系原始重合。

考虑屏幕31没有倾斜而投影仪1倾斜的情况。在这种情况下，假设屏幕31处于位置z＝d。

此时必须注意的问题是倾斜投影仪1的顺序。在投影仪1将被倾斜的情况下，首先，投影仪1围绕作为旋转轴的x轴倾斜一倾斜角θ_V1，如图4所示。然后，投影仪1围绕作为旋转轴的y轴倾斜一倾斜角θ_H1，如图5所示。请注意，在图5中z’轴是通过围绕作为旋转轴的y轴将z轴倾斜所述倾斜角θ_H1所达到轴。从投影仪1投影的光的光轴在z＞0的范围内位于z’轴的上方。

图4和图5所示的倾斜角θ_V1是在投影仪1围绕x轴旋转的情况下从投影仪1投影的光的光轴与z轴之间形成的角度。图5所示的倾斜角θ_H1是在投影仪1进一步围绕y轴旋转的情况下z轴和z’轴之间形成的角度，其是到从投影仪1投影的光的光轴的z-x平面的映射。

在旋转顺序颠倒的情况下，即在如图6和7所示投影仪1围绕作为旋转轴的y轴倾斜一倾斜角θ_H2以及然后围绕作为旋转轴的x’轴倾斜一倾斜角θ_V2的情况下，倾斜角θ_H1和θ_H2的值以及倾斜角θ_V1和θ_V2的值分别是相同的。

但是，请注意，如果投影仪1首先围绕作为旋转轴的y轴旋转，则投影仪1接下来所围绕来旋转的旋转轴是x’轴，x’轴是围绕作为旋转轴的y轴将x轴倾斜所述倾斜角θ_H2所到达的。

参考图6和图7，知道的是：即使旋转顺序颠倒，但是如果旋转轴没有错误，则出现相同的状态。

在图7中，“d”表示投影仪1的中心与屏幕31的距离。在旋转投影仪1之后，在屏幕31上的两个四边形是投影的图像。四边形a’b’c’d’表示在梯形校正单元12没有执行梯形校正的情况下的投影图像。四边形p’q’r’s’表示在梯形校正单元12执行梯形校正的情况下的投影图像。

正如图7所示，通过梯形校正单元12执行梯形校正，四边形a’b’c’d’被转换为p’q’r’s’。

点“t”表示在投影仪1首先围绕y轴旋转所述倾斜角θ_H2的情况下屏幕31与投影仪1的光轴的临时交点。点“u”表示在投影仪1首先围绕x轴旋转所述倾斜角θ_V1的然后围绕y轴旋转所述倾斜角θ_H1的情况下屏幕31与投影仪1的光轴的实际交点。点“v”表示四边形a’b’c’d’的两条对角线的交点。

如图7所示，点“u”位于作为临时交点的点“t”的右上方，以及点“v”位于点“u”的右上方。因此，由θ_H2和θ_V2表示倾斜角，则解释将变得更容易理解。

接下来，考虑投影仪1没有倾斜而屏幕31倾斜的情况。

图8显示了屏幕31倾斜之前的状态。为了便于理解，如图8所示设置坐标系。具体地，坐标系的原点设置作为屏幕31上的点0。为了便于理解，点0被假设为从投影仪1投影的光的光轴与屏幕31的交点。

在这种情况下，表示屏幕平面的公式为z＝0。

如果如图9所示屏幕31围绕y轴旋转一倾斜角θ_H，则由下面的公式15表示屏幕31的平面。

[公式15]

z＝tanθ_H*x

如果如图10所示屏幕31进一步围绕x轴旋转一倾斜角θ_V，则公式15变为下面的公式16。

[公式16]

z = \frac{{\tan θ}_{H}}{{\cos θ}_{V}} \cdot x + {\tan θ}_{V} \cdot y

这里的问题是旋转的顺序。有必要使得旋转顺序与图3到图5所示的旋转投影仪1的顺序相反。即，如图9和图10所示，屏幕31首先围绕y轴旋转所述倾斜角θ_H，然后围绕x轴旋转所述倾斜角θ_V。

由此，公式16中的倾斜角θ_V和θ_H与图6和图7所示的倾斜角θ_H1和θ_V1重合。即，在坐标系的原点设置在投影仪1的中心并且投影仪1倾斜以及坐标系的原点设置在屏幕31的平面上并且屏幕31倾斜的两种情况下，投影仪1的倾斜角θ_H1和θ_V1分别与屏幕31的倾斜角θ_V和θ_H相互重合。

接下来，解释根据表示投影仪1和屏幕31上的测量点之间的距离的距离数据来计算倾斜角θ_V和θ_H方法。

由下面的公式17表示屏幕31的屏幕平面。这里所使用的坐标系是由x、y和z轴组成的原点位于投影仪1的中心的三维正交坐标系。

[公式17]

z＝ax+by+c

(a、b和c是常数)

如果存在关于预设置方向的方向信息和多个距离数据，则可以获取屏幕31上的测量点的三维坐标(x，y，z)。如果存在三组方向信息和距离数据，则可以获取三组三维坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)。

在这种情况下，根据公式17，建立三维联立方程。通过解这些联立方程，可以获取公式17中的系数a、b和c。因为系数“c”表示在z轴方向的平行运动，则不需要找到系数“c”。

通过比较公式16和17，知道的是，系数“a”和“b”由下面的公式18表示。

[公式18]

a = \frac{{\tan θ}_{H}}{{\cos θ}_{V}}

b＝tanθ_V

根据公式18，倾斜角θ_V和θ_H重由下面的公式19来表示。

[公式19]

θ_V＝arctan(b)

θ_H＝arctan(a*cos θ_V)

通过使用公式19，可以获取倾斜角θ_V和θ_H。

接下来，将解释根据多个距离数据获取倾斜角θ_V和θ_H的特定方法。

为了根据多个距离数据获取倾斜角θ_V和θ_H，(1)通过使用距离数据获取测量点的坐标；(2)根据测量点的坐标获取表示屏幕平面的方程；以及(3)根据表示屏幕平面的方程获取倾斜角θ_V和θ_H。将按照这个顺序解释这些程序。

(1)通过使用距离数据获取测量点的坐标

假设距离传感器21的预设置光投影点的坐标被表示为由图11中的“111”表示的(x0，y0，z0)，以及距离传感器21投影光的方向的方向余弦被表示为由图11中的“112”表示的“l”、“m”和“n”。在这种情况下，测量点的坐标由下面的公式20表示。请注意，在图11中的“L”表示投影仪1和根据距离数据获取的测量点之间的距离。光投影点意味着有源型距离传感器的发光点。

[公式20]

x＝x0+L×l

y＝y0+L×m

z＝z0+L×n

(2)通过使用测量点的坐标，获取表示光投影到上面的屏幕31的屏幕平面的方程

在具有三个测量点的情况下，假设三个点的三维坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)。在这种情况下，根据表示屏幕平面的公式17建立下面的联立方程21。

[联立方程21]

(\begin{matrix} z 1 \\ z 2 \\ z 3 \end{matrix}) = (\begin{matrix} x 1 & y 1 & 1 \\ x 2 & y 2 & 1 \\ x 3 & y 3 & 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix})

通过解这些联立方程21，系数a、b和c通过以下公式22表示。

[公式22]

a = \frac{y 2 \cdot z 1 - y 1 \cdot z 2 + y 3 \cdot z 2 - y 2 \cdot z 3 + y 1 \cdot z 3 - y 3 \cdot z 1}{x 1 \cdot y 2 - x 2 \cdot y 1 + x 2 \cdot y 3 - x 3 \cdot y 2 + x 3 \cdot y 1 - x 1 \cdot y 3}

b = \frac{x 1 \cdot z 2 - x 2 \cdot z 1 + x 2 \cdot z 3 - x 3 \cdot z 2 + x 3 \cdot z 1 - x 1 \cdot z 3}{x 1 \cdot y 2 - x 2 \cdot y 1 + x 2 \cdot y 3 - x 3 \cdot y 2 + x 3 \cdot y 1 - x 1 \cdot y 3}

a = \frac{x 1 \cdot y 2 \cdot z 3 - x 1 \cdot y 3 \cdot z 2 + x 2 \cdot y 3 \cdot z 1 - x 2 \cdot y 1 \cdot z 3 + x 3 \cdot y 1 \cdot z 2 - x 3 \cdot y 2 \cdot z 1}{x 1 \cdot y 2 - x 2 \cdot y 1 + x 2 \cdot y 3 - x 3 \cdot y 2 + x 3 \cdot y 1 - x 1 \cdot y 3}

在具有多于三个测量点的情况下，通过最小二乘法，可以获取屏幕平面的估计方案。

在这种情况下，如果测量点的坐标被假设为(xi，yi，zi)，则根据下面的公式23，获取s0，……s8。

[公式23]

s0＝N

s 1 = Σ_{i = 1}^{N} x_{i}

s 2 = Σ_{i = 1}^{N} y_{i}

s 3 = Σ_{i = 1}^{N} z_{i}

s 4 = Σ_{i = 1}^{N} x_{i}^{2}

s 5 = Σ_{i = 1}^{N} x_{i} y_{i}

s 6 = Σ_{i = 1}^{N} x_{i} z_{i}

s 7 = Σ_{i = 1}^{N} y_{i}^{2}

s 8 = Σ_{i = 1}^{N} y_{i} z_{i}

通过使用从公式23获取的s0，……s8，利用下面的公式24表示具有多于三个测量点的情况下的屏幕平面。

[公式24]

(\begin{matrix} s 6 \\ s 8 \\ s 3 \end{matrix}) = (\begin{matrix} s 4 & s 5 & s 1 \\ s 5 & s 7 & s 2 \\ s 1 & s 2 & s 0 \end{matrix}) (\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix})

如果解公式24作为系数a、b和c，则这些系数将由下面的公式25表示。

[公式25]

a = \frac{s 1 (s 2 \cdot s 8 - s 3 \cdot s 7) + s 5 (s 2 \cdot s 3 - s 0 \cdot s 8) + s 6 (s 0 \cdot s 7 - {s 2}^{2})}{s 4 ({s 2}^{2} - s 0 \cdot s 7) + {s 1}^{2} \cdot s 7 + s 0 {s \cdot 5}^{2} - 2 \cdot s 1 \cdot s 2 \cdot s 5}

b = \frac{s 4 (s 2 \cdot s 3 - s 0 \cdot s 8) + s 1^{2} \cdot s 8 + (s 0 \cdot s 5 - s 1 \cdot s 2) s 6 + s 1 \cdot s 3 \cdot s 5}{s 4 ({s 2}^{2} - s 0 \cdot s 7) + {s 1}^{2} \cdot s 7 + s 0 {s \cdot 5}^{2} - 2 \cdot s 1 \cdot s 2 \cdot s 5}

c = \frac{s 4 (s 3 \cdot s 7 - s 2 \cdot s 8) + s 1 \cdot s 5 \cdot s 8 + s 6 (s 2 \cdot s 5 - s 1 \cdot s 7) - s 3 \cdot {s 5}^{2}}{s 4 ({s 2}^{2} - s 0 \cdot s 7) + {s 1}^{2} \cdot s 7 + s 0 {s \cdot 5}^{2} - 2 \cdot s 1 \cdot s 2 \cdot s 5}

请注意，在具有三个测量点的情况下，解公式24等于解联立方程21。

(3)获取倾斜角θ_V和θ_H

从上述公式19获取倾斜角θ_V和θ_H。

正如以上所解释的，通过使用公式19到25，根据多个距离数据，可以获取倾斜角θ_V和θ_H。

屏幕公式计算单元24根据公式20到25计算系数“a”和“b”，并且将计算的系数“a”和“b”提供给倾斜角计算单元25。

倾斜角计算单元25根据公式19，利用提供的系数“a”和“b”，计算屏幕31的倾斜角θ_V和θ_H。角度计算单元23将由倾斜角计算单元25计算的倾斜角θ_V和θ_H提供给梯形校正单元12。

角度计算单元23可以构造为根据公式19到25预计算倾斜角θ_V和θ_H。在这种情况下，倾斜角计算单元25包括存储器，并且将翻译表存储在存储器中，翻译表是根据用于将多个距离数据与倾斜角θ_V和θ_H。相关联的公式19到25预先产生的。

接下来，解释根据第一实施例的投影仪1的操作。

在控制单元22的控制下，屏幕角度传感器16的距离传感器21测量投影仪21与屏幕31上的多个测量点之间的距离。距离传感器21将表示测量距离的结果的距离数据提供给角度计算单元23。

正如以上所述，角度计算单元23的屏幕公式计算单元24根据公式20到25计算系数“a”和“b”。倾斜角度计算单元25通过使用公式19和计算的系数“a”和“b”计算屏幕31的倾斜角θ_V和θ_H。

角度计算单元23将由倾斜角度计算单元25计算的倾斜角θ_V和θ_H提供给梯形校正单元12。

当倾斜角θ_V和θ_H被提供给梯形校正单元12时，定标装置11调整图像信号的分辨率，并且将调整的信号提供给梯形校正单元12。

假设图像是图12A所示的四边形abcd。在这种情况下，梯形校正单元12根据从屏幕角度传感器16提供的倾斜角θ_V和θ_H对该四边形abcd执行梯形校正。

梯形校正单元12通过使用提供的倾斜角θ_V和θ_H和用于将通过使用表示屏幕平面的公式计算的倾斜角θ_V和θ_H与投影图像的校正量相关联的翻译表，获取用于投影图像的校正量。

但是，正如以上所述的，在每次提供倾斜角θ_V和θ_H时，梯形校正单元12可以执行梯形校正，而没有使用翻译表。

梯形校正单元12通过使用屏幕31上的投影图像，根据获取的校正量，确定将作为校正结果获取的投影图像的位置和形状。然后，梯形校正单元12通过投影地变换图像信号在时间上连续地执行梯形校正。

根据由梯形校正单元12执行的梯形校正，图12A和图12C所示的四边形abcd被校正为图12C所示的四边形pqrs。

光调制单元13将表示图12C所示的四边形pqrs并且在由梯形校正单元12校正之后获取的图像信号转换成投影光。由光调制单元13转换而获取投影光被投影到以倾斜角θ_V和θ_H倾斜的屏幕31上。因此，在梯形校正之后的投影图像，例如图12B所示的p’q’r’s’，被投影到屏幕31上。图12B所示的在校正之前的四边形a’b’c’d’是在梯形校正单元12没有执行梯形校正的情况下投影图像。

如果投影仪1具有变焦机构，则光学机构15执行变焦控制，并且将关于变焦放大率的信息提供给梯形校正单元12。在这种情况下，梯形校正单元12根据倾斜角θ_V和θ_H和变焦放大率执行梯形校正。

当投影仪1经由投影透镜14将图12C所示的四边形pqrs投影到屏幕31上时，图12B所示的四边形p’q’r’s’被显示在屏幕31上。

正如以上所解释的，根据第一实施例，利用距离传感器21测量投影仪1和屏幕31上的多个测量点之间的距离。然后，根据表示测量距离的数据，导出表示屏幕平面的公式，以及由此获取倾斜角θ_V和θ_H。

因而，可以获取倾斜角θ_V和θ_H，而没有利用加速度传感器。即，可以执行梯形校正，而没有计算屏幕31相对于地平面的倾斜角。另外，在屏幕31在水平方向上相对于光轴倾斜以及屏幕在水平方向和垂直方向上倾斜的情况下，可以执行准确地梯形校正。

(第二实施例)

根据第二实施例的投影仪包括两个距离传感器，用于分别测量投影仪与在屏幕上水平方向排列的多个测量点之间的距离以及投影仪与在屏幕上垂直方向排列的多个测量点之间的距离，以及利用这些传感器获取倾斜角。

图13显示了根据第二实施例的投影仪1的结构。

根据第二实施例的投影仪1包括作为距离传感器的距离传感器21A和距离传感器21B，它们由图13的131和132表示。

距离传感器21A和21B都是相差传感器，具有能够在多个方向上测量距离的多测量功能，并且例如由AF模块构成。

距离传感器21A和21B设置在投影透镜14的附近，使得它们各自的中心线Ca和Cb正交，如图13的131所示。距离传感器21A和21B分别测量投影仪1与在屏幕上对应于中心线Ca和Cb的测量线上布置的多个测量点之间的距离。

正如图13的132所示，距离传感器21A和21B相对于投影仪1的投影光的光轴的仰角被假设为θ_P。请注意，仰角θ_P不仅可以是正值而且可以是负值，或者可以取零。

根据第二实施例的角度计算单元23包括如图14所示的倾斜角计算单元25和角度翻译单元26。

根据第二实施例的倾斜角计算单元25根据表示由距离传感器21A和21B执行的测量结果的距离数据计算倾斜角θ_A和θ_B。倾斜角θ_A和θ_B分别是屏幕31相对于中心线Ca和Cb的倾斜角。

如果可以测量投影仪1与对应于中心线Ca和Cb的测量线上布置的多个测量点之间的距离，则可以获取屏幕31在水平方向上和垂直方向上的倾斜角。

参考图15，现在解释获取倾斜角的原理。

屏幕31相对于从投影仪1发出的投影光的光轴的倾斜角θ_S由公式26表示。

[公式26]

θ_{S} = \arctan (\frac{D_{R} - D_{L}}{D_{R} + D_{L}} {\cdot \cos θ}_{W})

(D_R：投影仪1和测量线上的测量点p1之间的距离；D_L：投影仪1和测量线上的测量点p2之间的距离；θ_W：在来自投影仪1的投影光的光轴与连接测量点p1和投影仪1的线条之间形成的角度，以及光轴与连接测量点p2和投影仪1的线条之间形成的角度)。

从距离传感器21A的测量结果获取的倾斜角θ_S被假设为θ_A，以及从距离传感器21B的测量结果获取的倾斜角θ_S被假设为θ_B。因为距离传感器21A和21B被设置使得它们的中心线Ca和Cb正交，所以距离传感器21A和21B的测量点也正交。因而，可以基于θ_A和θ_B，利用下面的公式27来计算θ_V和θ_H。

[公式27]

θ_H＝arctan(tanθ_A*cosθ_B)

θ_V＝θ_B-θ_P

倾斜角计算单元25根据公式26计算角度θ_A和θ_B，并且角度翻译单元26根据公式27计算倾斜角θ_V和θ_H。

角度翻译单元26根据公式27将由倾斜角计算单元25计算的倾斜角θ_A和θ_B分别翻译为倾斜角θ_H和θ_V。然后，角度翻译单元26获取倾斜角θ_V和θ_H。

角度计算单元23将由角度翻译单元26计算的倾斜角θ_V和θ_H提供给梯形校正单元12。

接下来，解释根据第二实施例的投影仪1的操作。

控制单元22控制距离传感器21A测量投影仪1与在水平方向上布置的多个测量点之间的距离。

另外，控制单元22控制距离传感器21B测量投影仪1与在垂直方向上布置的多个测量点之间的距离。

距离传感器21A和21B将表示投影仪1与每个测量点之间的测量距离的距离数据提供给角度计算单元23。

角度计算单元23的倾斜角计算单元25基于从距离传感器21A和21B提供的距离数据，通过使用公式26，计算倾斜角θ_A和θ_B。

角度翻译单元26根据公式27，将倾斜角θ_A和θ_B翻译成倾斜角θ_V和θ_H。

梯形校正单元12基于从角度计算单元23提供的倾斜角θ_V和θ_H，校正投影图像的失真。

正如以上解释的，根据第二实施例，两个距离传感器21A和21B测量投影仪1和设置在屏幕31上的正交的测量线上的多个测量点之间的距离。角度计算单元23基于多个距离数据计算倾斜角θ_V和θ_H。

因此，利用每个能够测量多个方向上的距离的两个距离传感器21A和21B，可以计算在水平方向和垂直方向上的倾斜角θ_V和θ_H，以及通过减小传感器的数目来小型化投影仪。而且，可以以低的成本制造投影仪1。此外，因为利用距离传感器21A和21B，可以经由投影透镜14投影用于测量距离的图案，所以可以提高测量精度。

为了实现本发明，可以考虑除了上述第一和第二实施例之外的各种实施例。

例如，在上述第一和第二实施例中，投影仪1可以不仅包括距离传感器21、21A和21B，而且包括可以包括加速度传感器。投影仪1可以构造为在距离传感器21、21A和21B不能准确地测量距离的情况下，基于垂直方向上的倾斜角θ_V，利用加速度传感器执行梯形校正。

另外，在上述实施例中，通过采用原点设置在投影仪1中心或者屏幕31的平面上的三维正交坐标系进行了解释。但是，无论原点设置在哪，都可以获取倾斜角θ_V和θ_H，只要投影仪1和屏幕31存在于三维正交坐标系定义的空间中。此外，没有利用三维正交坐标系，而是利用极坐标系，类似地也可以获取倾斜角θ_V和θ_H。

可以做出各种实施例和变化，而没有偏移本发明宽的精神和范围。上述实施例目的在于描述本发明，而不是限定本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求而不是实施例来示出。在本发明权利要求等效意义内和权利要求内做出的各种修改被看作在本发明的范围内。

Claims

1、一种投影设备，包括：

校正单元(12)，用于通过使用所述角度获取单元(23)获取的所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的所述倾斜角，来校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的投影图像的失真；以及

2、根据权利要求1的投影设备，还包括光学机构(15)，用于控制变焦并且将关于变焦放大率的信息提供给所述校正单元(12)，

其中，所述校正单元(12)被构造为通过使用所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的所述倾斜角以及从所述光学机构(15)提供的所述关于变焦放大率的信息，来校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的所述投影图像的所述失真。

3、一种投影设备，包括：

4、根据权利要求3的投影设备，还包括光学机构(15)，用于控制变焦并且将关于变焦放大率的信息提供给所述校正单元(12)，

其中，所述校正单元(12)通过使用所述光轴相对于所述屏幕(31)的所述表面的所述倾斜角以及从所述光学机构(15)提供的所述关于变焦放大率的信息，来校正将要显示在所述屏幕(31)的所述表面上的所述投影图像的所述失真。

5、一种倾斜角获取方法，用于获取投影设备(1)相对于屏幕(31)的表面的倾斜角，该方法包括：

6、根据权利要求5的倾斜角获取方法，其中：

所述屏幕公式获取步骤包括步骤：在所述投影设备(1)和所述屏幕(31)所在的空间中设置三维正交坐标系，该三维正交坐标系由相互正交的x、y和z轴构成，以及其中所述屏幕(31)与所述z轴垂直相交；通过包括作为系数的a、b和c的公式1，表示所述屏幕公式；将在所述测量步骤通过测量距离获取的所述多个测量点的坐标(xi，yi，zi)分配给所述公式1中的x、y和z；通过使用由所述分配获取的联立方程2，根据公式3，获取值s₀到s₈；根据公式4，获取所述公式1的所述系数a、b和c；以及通过将所述获取的系数a、b和c分配给所述公式1，获取由所述公式1表示的所述屏幕公式；以及

所述倾斜角获取步骤包括步骤：在所述屏幕围绕所述y轴旋转倾斜角θH和围绕所述x轴旋转倾斜角θV的情况下，通过使用在所述屏幕公式获取步骤获取的所述屏幕公式以及表示所述屏幕(31)上的点的坐标(x，y，z)的公式5，获取所述倾斜角θH和θV，

[公式1]

z＝ax+by+c

[联立方程2]

(\begin{matrix} z_{1} \\ z_{2} \\ . \\ . \\ . \\ z_{i} \\ . \\ . \\ . \\ z_{N} \end{matrix}) (\begin{matrix} x_{1} & y_{1} & 1 \\ x_{2} & y_{2} & 1 \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ x_{i} & y_{i} & 1 \\ . & . \\ . & . \\ . & . \\ x_{N} & y_{N} & 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix})

公式3

s₀＝N

s_{3} = Σ_{i = 1}^{N} z_{i}

s_{6} = Σ_{i = 1}^{N} x_{i} z_{i}

s_{1} = Σ_{i = 1}^{N} x_{i}

s_{4} = Σ_{i = 1}^{N} x_{i}^{2}

s_{7} = Σ_{i = 1}^{N} y_{i}^{2}

s_{2} = Σ_{i = 1}^{N} y_{i}

s_{5} = Σ_{i = 1}^{N} x_{i} y_{i}

s_{8} = Σ_{i = 1}^{N} y_{i} z_{i}

公式4

a = \frac{s_{1} (s_{2} \cdot s_{8} - s_{3} \cdot s_{7}) + s_{5} (s_{2} \cdot s_{3} - s_{0} \cdot s_{8}) + s_{6} (s_{0} \cdot s_{7} - {s_{2}}^{2})}{s_{4} ({s_{2}}^{2} - s_{0} \cdot s_{7}) + {s_{1}}^{2} \cdot s_{7} + s_{0} \cdot {s_{5}}^{2} - 2 \cdot s_{1} \cdot s_{2} \cdot s_{5}}

b = \frac{s_{4} (s_{2} \cdot s_{3} - s_{0} \cdot s_{8}) + {{s_{1}}^{2} \cdot s}_{8} + (s_{0} \cdot s_{5} - s_{1} \cdot s_{2}) s_{6} + s_{1} \cdot s_{3} \cdot s_{5}}{s_{4} ({s_{2}}^{2} - s_{0} \cdot s_{7}) + {s_{1}}^{2} \cdot s_{7} + s_{0} \cdot {s_{5}}^{2} - 2 \cdot s_{1} \cdot s_{2} \cdot s_{5}}

c = \frac{s_{4} (s_{3} \cdot s_{7} - s_{2} \cdot s_{8}) + s_{1} {\cdot s}_{5} \cdot s_{8} {+ s}_{6} (s_{2} \cdot s_{5} - s_{1} \cdot s_{7}) - s_{3} \cdot {s_{5}}^{2}}{s_{4} ({s_{2}}^{2} - s_{0} \cdot s_{7}) + {s_{1}}^{2} \cdot s_{7} + s_{0} \cdot {s_{5}}^{2} - 2 \cdot s_{1} \cdot s_{2} \cdot s_{5}}

公式5

z = \frac{\tan θH}{\cos θV} \cdot x + \tan θV \cdot y .

7、一种倾斜角获取方法，用于获取投影设备(1)相对于屏幕(31)的表面的倾斜角，该方法包括：

8、根据权利要求7的倾斜角获取方法，其中：

所述多条测量线由在水平方向和垂直方向上延伸的两条测量线构成，其中在所述两条测量线的每一条上有两个测量点；

所述测量步骤包括步骤：测量所述投影设备(1)与所述两条测量线的每一条上的所述两个测量点之间的距离；

所述角度获取步骤包括步骤：通过使用公式6，获取在与所述投影设备(1)的所述光轴垂直的所述理想屏幕表面和所述两条测量线的每一条之间形成的角度θ_S，其中DL和DR表示在所述测量步骤测量的所述投影设备(1)和每条测量线上的所述两个测量点之间的距离，以及θ_W表示在连接所述投影设备(1)和每个测量点的线条与所述投影设备(1)的所述光轴之间形成的角度；以及

所述角度翻译步骤包括：假设通过测量所述投影设备(1)和所述测量线之一上的所述两个测量点之间的距离获取的所述角度θ_S为θ_A，以及通过测量所述投影设备(1)和所述另一条测量线上的所述两个测量点之间的距离获取的所述角度θ_S为θ_B；以及通过使用公式7，将所述角度θ_A和θ_B分别翻译成所述投影设备(1)的所述光轴在水平方向上相对于所述屏幕(31)的所述表面的倾斜角θ_H和所述投影设备(1)的所述光轴在垂直方向上相对于所述屏幕(1)的所述表面的倾斜角θ_V，

[公式6]

θ_{S} = \arctan (\frac{DR - DL}{DR + DLL} \cdot \cos θ_{W})

[公式7]

θ_H＝arctan(tanθ_A·cosθ_B)

θ_V＝θ_B

9、一种投影图像校正方法，用于校正投影图像的失真，包括：

10、一种投影图像校正方法，用于校正投影图像的失真，包括：

测量步骤：测量所述投影设备(1)与位于屏幕(31)上彼此相交的多条测量线的每一条上的多个测量点之间的距离；